Nó chỉ mang ý nghĩa của một hàm tốn học hồi qui vàkhơng phản ánh được đặc tính của loại đất đá, điều kiện nổ và kết quả nổ.Bài báo đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết qui luật đập vỡ đất đ
Trang 1Research to establish the equation of the principle of
claystone breaking under the seabed
Thang Trong Dam 1,*, Bang Xuan Vu 2
1 Le Quy Don Technical University, Hanoi, Vietnam
2 Institute of Technical Engineering, Hanoi, Vietnam
Article history:
Received 02nd June 2023
Revised 04th Sept 2023
Accepted 29th Sept 2023
The rule of breaking rock has practical significance in the process of controlling the blasting for the optimization of mine production or construction of blasting works The equations describing the particle size distribution after the explosion are established in an experimental form corresponding to the specific conditions of the blasting work It only has the meaning of a mathematical regression function and does not reflect the characteristics of the rock type, explosive conditions and explosive results This research has exploited the theory of rock breaking from the point of view of probabilistic energy to establish the equation of rock breaking of claystone in water This is a form of semi-empirical equation, which contains 4 empirical coefficients reflecting rock characteristics, explosive conditions, explosive energy absorption characteristics of rocks and actual destruction volume, determined for each type of rock Through conducting experiments, processing experimental data and solving a system of four equations, four coefficients of the equations that characterize the breaking properties of claystone under the seabed have been found The error of the average particle size between the actual and calculated values from the equations is less than 7% to 10% Tt is possible
to confirm the accuracy of the semi-empirical equation describing the particle size distribution rule when the claystone is exploded underwater.
Copyright © 2023 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved.
Keywords:
Blasting work,
Breaking rock,
Particle size distribution,
Underwater explosion
_
* Corresponding author
E - mail: thangdt@lqdtu.edu.vn
DOI: 10.46326/JMES.2023.64(5).10
Trang 2110 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 64, Kỳ 5 (2023) 109 - 119
Nghiên cứu thiết lập phương trình qui luật đập vỡ đá sét kết dưới đáy biển
Đàm Trọng Thắng 1,*, Vũ Xuân Bảng 2
1 Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn, Hà Nội, Việt Nam
2 Viện Kỹ thuật Công binh, Hà Nội, Việt Nam
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT
Quá trình:
Nhận bài 02/6/2023
Sửa xong 04/9/2023
Chấp nhận đăng 29/9/2023
Qui luật đập vỡ đất đá khi nổ rất có ý nghĩa thực tế trong quá trình thành lập các hộ chiếu nổ mìn phục vụ việc tối ưu hóa quá trình sản xuất mỏ hay thi công công trình nổ phá Các phương trình mô tả qui luật phân bố cỡ hạt sau nổ đều được thiết lập dạng thực nghiệm tương ứng với điều kiện cụ thể của công trình nổ phá Nó chỉ mang ý nghĩa của một hàm toán học hồi qui và không phản ánh được đặc tính của loại đất đá, điều kiện nổ và kết quả nổ Bài báo đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết qui luật đập vỡ đất đá theo quan điểm năng lượng xác suất để thiết lập phương trình đập vỡ đất đá trong đá sét kết dưới nước Đây là một dạng phương trình bán thực nghiệm, trong đó chứa 4 hệ số thực nghiệm phản ánh đặc tính đất đá, điều kiện nổ, đặc tính hấp thu năng lượng nổ của đá và thể tích phá hủy thực tế, được xác định cho từng loại đất đá Thông qua tiến hành thí nghiệm, xử lý bộ số liệu thí nghiệm
và giải hệ bốn phương trình, tìm được bốn hệ số của phương trình đặc trưng cho đặc tính đập vỡ đá sét kết dưới đáy biển Sai số của kích thước trung bình cục đá phá ra thực tế với trị số được tính toán từ phương trình tìm được nhỏ hơn 7% đến 10% Kết quả này cho phép khẳng định độ chính xác của phương trình bán thực nghiệm mô tả qui luật phân bố cỡ hạt khi nổ đá sét kết dưới nước.
© 2023 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất cả các quyền được bảo đảm.
Từ khóa:
Công tác nổ,
Đập vỡ đất đá,
Nổ dưới nước,
Phân bố cỡ hạt
1 Mở đầu
Trên thế giới, việc nghiên cứu mức độ đập vỡ
đất đá khi nổ mìn và kỹ thuật điều khiển đập vỡ đất
đá bằng nổ đã được nhiều nước như Nga, Mỹ, Đức
quan tâm nghiên cứu một cách toàn diện từ những
năm giữa thế kỷ XX, đến nay kết quả tương đối
hoàn thiện (Hồ và nnk., 2010; Lê, 2009; Nhữ, 2003; Baron & Kantor, 1989; Vlasov & Smirnov, 1963; Drukovany, 1973; Kutuzov & Rubtsov, 1970; Kutuzov, 1994; Khanukaev, 1962) Trong công tác
nổ mìn thường sử dụng phổ biến hai dạng phương trình mô tả quy luật phân bố thành phần cỡ hạt dưới dạng toán học đơn giản hồi qui dưới đây
- Dạng 1, theo Rosin-Rammler, qui luật phân
bố thành phần cỡ hạt đá sau nổ mìn được mô tả dưới dạng hàm xác suất có dạng (Dam và nnk., 2021; Hồ và nnk., 2010; Lê, 2009; Nhữ, 2003;
_
* Tác giả liên hệ
E - mail: thangdt@lqdtu.edu.vn
DOI: 10.46326/JMES.2023.64(5).10
Trang 3Kutuzov & Rubtsov, 1970; Kutuzov, 1994;
Oksanich & Mironov , 1982):
𝑃(𝑥)= 1 − 𝑒−𝑎𝑥𝑛 (1)
Trong đó: 𝑃(𝑥)- tỉ lệ cỡ hạt có kích thước x;
x - kích thước cỡ hạt; a, n – hệ số thực nghiệm phụ
thuộc vào chi phí năng lượng và tính chất của đất
đá
Phân tích qui luật chỉ ra rằng xác suất để tỉ lệ
cỡ hạt có kích thước dưới x bằng 1 khi kích thước
hạt x tiến đến vô cùng Điều này là bất hợp lý, tuy
nhiên khi x đạt đến giá trị x* nào đó gần với giá trị
kích thước lớn nhất của đá quá cỡ, thì đa số xác suất
đạt trên 0,95 Vì vậy, quan điểm này vẫn được rất
nhiều tác giả sử dụng trong thực tế (Baron &
Kantor, 1989; Oksanich & Mironov , 1982)
- Dạng 2, theo Gođen-Anđrep qui luật phân bố
thành phần cỡ hạt đá sau nổ mìn được mô tả dưới
dạng hàm xác suất có dạng (Dam và nnk., 2021; Hồ
và nnk., 2010; Lê, 2009; Nhữ, 2003; Drukovany,
1973; Kutuzov & Rubtsov, 1970; Kutuzov, 1994):
𝑃(𝑥)= ( 𝑥
𝑥𝑚𝑎𝑥)𝑚 (2)
Trong đó: m – hệ số thực nghiệm; x – kích
thước cục đá khảo sát, m; x max – kích thước cục lớn
nhất trong đống đá nổ ra, m
Qui luật Golden-Andrep khắc phục nhược
điểm của qui luật Rosin-Rammler khi đạt kích
thước cục lớn nhất thì xác suất bằng 1 Quan điểm
này được nhiều tác giả trong và ngoài nước áp dụng
(Kutuzov, 1994; Lê, 2009; Nhữ, 2003)
Hai dạng hàm trên có ưu điểm là đơn giản, dễ
thiết lập hàm hồi qui Chỉ cần dựa vào hai lần nổ với
dạng 1 và một lần nổ với dạng 2 có thể xác định
được hàm hồi qui mô tả qui luật phân bố cỡ hạt sau
nổ mìn Tuy nhiên, nhược điểm chung của cả hai
phương pháp này là có sai số lớn, không phản ánh
được toàn diện đặc tính cơ lý đá, điều kiện địa chất,
điều kiện nổ, kết quả nổ phá thực tế Đặc biệt hàm
hồi qui chỉ phù hợp với hộ chiếu nổ phân tích Hai
dạng này phù hợp với điều kiện cần tính toán
nhanh mà không yêu cầu độ chính xác cao về thành
phần cỡ hạt đá sau nổ
Để giải quyết các tồn tại trên, Oksanich &
Mironov (1982) đã đề xuất phương pháp năng
lượng xác suất để thiết lập hàm dự báo thành phần
cỡ hạt sau nổ mìn Tuy nhiên, cho đến nay việc
nghiên cứu khai thác lý thuyết này để ứng dụng giải
quyết các bài toán nổ phá đá trong điều kiện Việt
Nam còn rất hạn chế Đặc biệt chưa có các nghiên cứu xác định các hệ số thực nghiệm đặc trưng cho đặc tính đất đá, điều kiện địa chất thủy văn của các
mỏ, để làm cơ sở ứng dụng lý thuyết vào thực tế Việt Nam có hơn 3.200 km bờ biển, chiến lược phát triển kinh tế của đất nước ta là hướng tới khai thác các tiềm năng của biển, trong đó có việc khai thác khoáng sản và xây dựng công trình dưới đáy biển Quá trình đào sâu đá ở đáy biển hầu hết phải
sử dụng năng lượng nổ, kết hợp với xúc bốc và vận chuyển Việc lấy số liệu về thành phần cỡ hạt đá sau
nổ dưới đáy biển là một việc khó khăn Do đó, việc thiết lập các hàm hồi qui về phân bố cỡ hạt sau nổ của các hộ chiếu nổ phá đất đá, để phục vụ tối ưu hóa quá trình thi công là một việc khó khả thi Tuy nhiên, cho đến nay cũng chưa có một công trình nghiên cứu về đập vỡ đất đá dưới nước Các công trình nghiên cứu mới chỉ đề cập đến các vấn đề về tác dụng cơ học nổ, kỹ thuật và công nghệ nổ phá đất đá dưới nước (Đàm, 2001, 2007; Dam, 2008; Đàm & Trần, 2012; Đàm & Vũ, 2017; Dam & Belin, 2006; Nguyễn & Đàm, 2007, 2013; Dam và nnk., 2021; Belin & Dam, 2007; Borodzia, 1938; Gorodilov, 1993; Korenistov, 1966; Kutuzov & Gilmanov, 1982; Tavrivov, 1949)
Chính vì vậy, nghiên cứu phân tích lý thuyết đập vỡ đất đá bằng nổ trên quan điểm năng lượng xác suất và tiến hành nghiên cứu thiết lập phương trình phân bố thành phần cỡ hạt sau nổ trong đá sét kết dưới đáy biển là một nhiệm vụ có tính cấp thiết
và có ý nghĩa thực tiễn
2 Phân tích cơ sở lý thuyết đập vỡ đất đá theo quan điểm năng lượng xác suất, đề xuất phương pháp thực nghiệm
Hiệu quả đập vỡ đất đá bằng phương pháp nổ phụ thuộc vào năng lượng, tính chất môi trường và
sự có mặt của bề mặt tự do Các yếu tố quan trọng nhất là tính chất môi trường, độ nứt nẻ của khối đá, đặc trưng thế nằm của vỉa đá Những yếu tố đó là ngẫu nhiên và không được biết trước Bởi vậy, hợp
lý hơn cả là sử dụng đại lượng tích hợp, cụ thể là các chỉ tiêu năng lượng phá hủy, để tính tới các đặc trưng ngẫu nhiên của quá trình đập vỡ Vì vậy, việc tìm ra mối liên hệ giữa năng lượng tiêu hao cho việc đập vỡ và quy luật phân bố các cục đá trong địa khối chính là phương pháp năng lượng xác suất
Lý thuyết đập vỡ đất đá theo quan điểm năng lượng xác suất của Oksanich và Mironov (1982) đã đưa ra hệ phương trình mô tả định luật bảo toàn
Trang 4112 Đàm Trọng Thắng và Vũ Xuân Bảng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 64 (5), 109 - 119
năng lượng khi đập vỡ, phương trình phân bố các
cục đá và phương trình biểu thị mối liên hệ của bề
mặt các cục đá với chỉ số của quy luật phân bố:
{
𝑘1𝑊0 = 𝛼1𝑆 + 𝑞1𝑉 +𝜔
𝑉− 𝑏 ; (𝑎)
𝑃(𝑥)= 1 − 𝑒−𝛼𝑥𝛾; (𝑏)
𝑆
𝑉= 𝑘𝛾𝛼
1
𝛾 (𝑐)
(3)
Giải hệ phương trình trên, nhận được:
𝛼 = (𝑘1 𝑊0
𝛼1𝑘𝛾𝑉+ 𝑏
𝛼1𝑘𝛾𝑉− 𝜔
𝛼1𝑘𝛾𝑉 2− 𝑞1
𝛼1𝑘𝛾)𝛾 (4)
Trong đó: W 0 - năng lượng của lượng nổ, J; k 1 -
hệ số truyền năng lượng nổ từ chất nổ vào đất đá;
α 1 - mật độ năng lượng bề mặt của vật liệu, được
xác định bằng thực nghiệm, J/m2; k γ - hệ số phụ
thuộc vào độ khó đập vỡ đá khi nổ với đá dễ đập vỡ
k = 387, đá có độ khó đập vỡ bình thường k = 34, đá
khó đập vỡ k = 12,5, đá đặc biệt khó đập vỡ k =
10,64 (Hồ và nnk., 2010; Oksanich & Mironov,
1982); S - diện tích bề mặt mới hình thành, m2; V –
thể tích của khối nổ, m3; q 1 – đại lượng phụ thuộc vào
đặc trưng cơ học của vật liệu và dạng của trạng thái
ứng suất; b = V*, - hằng số phụ thuộc vào tính chất
vật liệu và công suất lượng nổ; V* là thể tích không bị
phá hủy ở công suất lượng nổ nhất định, m3; γ – hệ
số phụ thuộc tính chất đất đá, với đá dễ đập vỡ γ =
0,75, đá có độ khó đập vỡ bình thường γ = 1, đá khó
đập vỡ γ = 1,5, đá đặc biệt khó đập vỡ γ = 2
Ký hiệu: 𝜙 = 𝑘1
𝛼1𝑘𝛾; 𝜆 = 𝑏
𝛼1𝑘𝛾;𝜇 = − 𝜔
𝛼1𝑘𝛾; 𝛽 =
− 𝑞1
𝛼1𝑘𝛾; 𝐸 =𝑊0
𝑉 là lượng tiêu hao năng lượng nổ
đơn vị, là năng lượng cần thiết để phá vỡ một đơn
vị thể tích đất đá, J/m3) Thay các ký hiệu này vào
phương trình (b) của hệ phương trình (3) nhận
được phương trình tổng quát mô tả xác suất phân bố
cỡ hạt sau nổ có dạng (Oksanich & Mironov, 1982):
𝑃(𝑥)= 1 − 𝑒−(𝜙𝐸+𝛽+𝑉𝜆+𝜇
𝑉2 )𝑥𝛾 (5) Biểu thức (5) là phương trình tổng quát mô tả
qui luật phân bố cỡ hạt đất đá sau nổ Phương trình
này biểu thị xác suất đập vỡ đất đá phụ thuộc vào
tính chất bền của địa khối, năng lượng biểu kiến,
tiêu hao năng lượng để làm bay các cục đá, thế năng
biến dạng được thể hiện qua 4 hằng số 𝜙, 𝛽, ,
chưa biết
Bộ các hằng số này đặc trưng cho đặc tính đất
đá và tổng hợp điều kiện nổ Mỗi loại đất đá tương
ứng với điều kiện địa chất, tự nhiên và điệu kiện nổ
cụ thể, vì vậy để xác định được các hệ số này cần
phải tiến hành tối thiểu 4 lần thí nghiệm trên một loại đất đá trong cùng một điều kiện nổ Đất đá phá
ra của mỗi lần thí nghiệm nổ sẽ đặc trưng bằng một phương trình mô tả qui luật phân bố cỡ hạt đất đá sau nổ theo dạng (5) Khi đó sẽ nhận được hệ phương trình mô tả qui luật phân bố cỡ hạt đất đá sau nổ đối với loại đất đá nghiên cứu dưới đây
{
𝜙𝐸1+ 𝛽 + 𝜆
𝑉1+ 𝜇
𝑉1 = − 1
𝑥0𝑙𝑛( 1 − 𝑃1(𝑥0))
𝜙𝐸2+ 𝛽 +𝜆
𝑉2+ 𝜇
𝑉2 = − 1
𝑥0𝑙𝑛( 1 − 𝑃2(𝑥0))
𝜙𝐸3+ 𝛽 +𝜆
𝑉3+ 𝜇
𝑉3 = − 1
𝑥0𝑙𝑛( 1 − 𝑃3(𝑥0))
𝜙𝐸4+ 𝛽 +𝜆
𝑉4+ 𝜇
𝑉4 = − 1
𝑥0𝑙𝑛( 1 − 𝑃4(𝑥0))
(6)
Ký hiệu: − 1
𝑥0𝑙𝑛( 1 − 𝑃𝑖(𝑥0)) = 𝑎𝑖, trong đó i
= 1÷4, chỉ số i là thứ tự của 4 lần thí nghiệm
Hệ phương trình đại số tuyến tính nhận được
dễ dàng giải nhờ định thức △ bằng:
𝛥 =
|
|
𝑉1
1
𝑉1
𝑉2
1
𝑉2
𝑉3
1
𝑉3
𝑉4
1
𝑉4
|
| (7a)
Giải hệ phương trình trên cho phép xác định được 4 hệ số thực nghiệm sau:
𝜙 =1
𝛥|
𝑎1 1 𝑉1−1 𝑉1−2
𝑎2 1 𝑉2−1 𝑉2−2
𝑎3 1 𝑉3−1 𝑉3−2
𝑎4 1 𝑉4−1 𝑉4−2
|
| ;
𝛽 =1
𝛥|
𝐸1 𝑎1 𝑉1−1 𝑉1−2
𝐸2 𝑎2 𝑉2−1 𝑉2−2
𝐸3 𝑎3 𝑉3−1 𝑉3−2
𝐸4 𝑎4 𝑉4−1 𝑉4−2
|
| (7b)
𝜆 =1
𝛥 ||
𝐸1 1 𝑎1 𝑉1−2
𝐸2 1 𝑎2 𝑉2−2
𝐸3 1 𝑎3 𝑉3−2
𝐸4 1 𝑎4 𝑉4−2
|
|
𝜇 =1
𝛥|
𝐸1 1 𝑉1−1 𝑎1
𝐸2 1 𝑉2−1 𝑎2
𝐸3 1 𝑉3−1 𝑎3
𝐸4 1 𝑉4−1 𝑎4
|
|
Như vậy, để tìm được phương trình qui luật tổng quát đập vỡ đá sét kết dưới biển, cần phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm
Trang 53 Nghiên cứu thực nghiệm
3.1 Mô tả mô hình thí nghiệm và phương pháp
lấy số liệu thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm
trên bãi đá sét kết (cấp IV) thuộc khu vực biển
Quảng Ninh (Bảng 1) Điều kiện thủy triều dao
động 0÷4 m Sử dụng phương pháp nổ mìn trong lỗ
khoan, các lỗ mìn được khoan theo hộ chiếu như
Bảng 3 Thuốc nổ sử dụng trong thí nghiệm là thuốc
nổ nhũ tương TNP-1E (Bảng 2), gây nổ bằng kíp nổ
phi điện Thiết bị gây nổ là máy điểm hỏa phi điện
Bộ thông số khoan nổ được tính toán lựa chọn
đối với điều kiện nổ om tơi dưới nước Bộ thông số
này đã được lựa chọn dựa trên kết quả nghiên cứu
thực nghiệm khi thay đổi khoảng cách giữa các lỗ
mìn (Dam và nnk., 2021)
Tiến hành thí nghiệm 4 lần, tương ứng với 4
mã số thí nghiệm (Bảng 4) Các thông số bãi mìn sử dụng trong thí nghiệm mô tả ở Bảng 3 và Hình 1 Phương pháp lấy số liệu sau khi hoàn thành nổ mìn được kế thừa từ tài liệu tham khảo trên thế giới (Hồ và nnk., 2010; Kutuzov, 1990; Kutuzov, 1994) Khi thủy triều cạn, bãi đá sau nổ nổi trên mặt nước, tiến hành lấy số liệu về thành phần cỡ hạt sau nổ và thể tích vùng phá hủy như sau:
+ Xác định kích thước các cục đá sau nổ: sử dụng máy ảnh chụp lại các bãi đá sau nổ Trên bãi
đá nổ để một đoạn thước dài 40 cm làm vật kích thước chuẩn để phục vụ phân tích, xác định kích thước của các cục đá còn lại (xem hình 2) Các bức ảnh chụp tại hiện trường sẽ được đưa vào xử lý bằng phần mềm Split-Desktop để phân tích thành phần cỡ hạt của đống đá sau nổ;
+ Thể tích vùng phá hủy được tính toán thông qua việc đo kích thước vùng phá hủy bằng thước mét sau khi xúc bốc
Hình 1 Mô hình thí nghiệm
Trang 6114 Đàm Trọng Thắng và Vũ Xuân Bảng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 64 (5), 109 - 119
Bảng 1 Đặc tính cơ lý của đá sét kết
Bảng 2 Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ nhũ tương TNP-1E
Bảng 3 Thông số khoan nổ trong bài thí nghiệm
Hình 2 Kết quả nổ thí nghiệm.
Trang 73.2 Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm nhận được bộ số liệu về thể
tích phá hủy và chỉ tiêu thuốc nổ được phản ánh
trong Bảng 4 Sử dụng phần mềm Split-Desktop
phân tích số liệu từ các ảnh chụp đống đá sau nổ thu
được kết quả như đồ thị Hình 3
4 Xác định các hệ số thực nghiệm và phương
trình thực nghiệm đập vỡ đất đá
Dựa trên biểu đồ kết quả phân tích thành phần
cỡ hạt sau nổ mìn, xác định được tỷ lệ phần trăm cỡ
hạt hay xác suất cỡ hạt có kích thước nhỏ hơn x0 là
(Pi(x0) Thuốc nổ dùng trong thí nghiệm có năng
lượng riêng Q0 = 4.231.900 J/kg Chọn x0 = 0,06 m,
từ biểu đồ kết quả thí nghiệm Hình 3 xác định được các giá trị Pi(x0), sau đó tính được ai theo phương trình (6) với kết quả nhận được trong Bảng 5
Thay các giá trị Ei, Vi, ai trong các Bảng 4, 5 vào các biểu thức (7a), (7b) nhận được hệ số của phương trình (5) như sau:
𝛥 = ||
2539140 1 32,91−1 32,91−2
2623778 1 31,95−1 31,95−2
2666097 1 31,28−1 31,28−2
2835373 1 29,52−1 29,52−2
||
= −136,4 × 10−6;
Hình 3 Quy luật phân bố thành phần cỡ hạt đá sau nổ nhận được từ phần mềm Split-Desktop với mã số
thí nghiệm B1TN3L2, B1TN3, B1TN3L1 (hình 3a), B1TN4L2 (hình 3b)
Bảng 4 Kết quả thí nghiệm
TT Mã số vụ nổ thí nghiệm
Tổng khối lượng thuốc nổ Thể tích phá đá, V (i=1, 2, 3, 4) i Chỉ tiêu thuốc nổ tương ứng, q
Bảng 5 Xác định các giá trị P i (x 0 ) và a i (i là chỉ số tương ứng với thứ tự thí nghiệm)
TT Mã số thí nghiệm Tiêu tốn năng lượng riêng E i (J/m3) P i (x 0 ) a i
Trang 8116 Đàm Trọng Thắng và Vũ Xuân Bảng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 64 (5), 109 - 119
𝜙
−136,4 × 10−6||
17,03 1 32,91−1 32,91−2
15,69 1 31,95−1 31,95−2
14,86 1 31,28−1 31,28−2
11,89 1 29,52−1 29,52−2
||
= −9,1.10−6;
𝛽
−136,4 × 10 −6 |
|
= 28,55
𝜆
−136,4 × 10−6||
2539140 1 17,03 32,91−2
2623778 1 15,69 31,95−2
2666097 1 14,86 31,28−2
2835373 1 11,89 29,52−2
||
= 1349;
𝜇
−136,4 × 10−6||
2539140 1 32,91−1 17,03
2623778 1 31,95−1 15,69
2666097 1 31,28−1 14,86
2835373 1 29,52−1 11,89
||
= −31.923
Thay các giá trị ϕ = -9,1.10-6, β = 28,55, λ =
1.349, μ = -31.923 và thay 𝐸𝑖 =𝑊0
𝑉 vào phương trình (5) nhận được phương trình về quy luật phân
bố thành phần cỡ hạt khi nổ trong đá sét kết dưới
nước như sau:
𝑃(𝑥)= 1 − 𝑒−(−9,1.10−6𝑊0𝑉 +1349
𝑉 −31923
𝑉2 +28,55)𝑥
(8) Phương trình này có thể coi là phương trình lý thuyết hóa hay phương trình bán thực nghiệm mô
tả qui luật phân bố cỡ hạt sau nổ trong đá sét kết dưới nước
5 Kết quả và thảo luận
Để đánh giá độ chính xác của phương trình bán thực nghiệm về phân bố cỡ hạt sau nổ (8), chọn
ra hai mã số vụ nổ thí nghiệm (B1TN3L2, B1TN3L1) tiến hành so sánh đồ thị hàm phân bố cỡ hạt sau nổ và kích thước cỡ hạt trung bình sau nổ của thực tế và lý thuyết
Bộ số liệu thực tế về thành phần cỡ hạt được
xử lý bằng phần mềm Split-Desktop tương ứng với hai mã thí nghiệm B1TN3L2, B1TN3L1 được chỉ ra trong Bảng 6
Sử dụng phương trình (8) và các thông số nổ mìn trong Bảng 4 để tính tỉ lệ phần trăm cỡ hạt có kích thước nhỏ hơn x tương ứng với hai mã thí nghiệm B1TN3L2, B1TN3L1 trong Bảng 7
Dựa trên kết quả trong các Bảng 6, 7 cho phép xây dựng đồ thị phân bố cỡ hạt đá sau nổ của bộ số liệu thực tế và đường lý thuyết hóa trong đá sét kết dưới nước (Hình 4)
Dựa trên kết quả phân tích thành phần cỡ hạt của hai mã thí nghiệm sẽ tính được kích thước trung bình (dtb) cỡ hạt của mẫu thí nghiệm trong Bảng 8
Bảng 6 Tỉ lệ phần trăm cỡ hạt P (x) được đo đạc thực tế và xử lý bằng phần mềm Split-Desktop
Mã số thí
nghiệm
Cỡ hạt trung bình (m)
B1TN3L2 20,9 28,75 39,48 54,12 64,39 73,88 82,38 97,98 100 100 100 B1TN3L1 19,02 26,19 36,01 49,42 59,11 67,84 74,82 92,34 97,77 100 100
Bảng 7 Tỉ lệ phần trăm P (x) với x<x 0 xác định theo lý thuyết với đá sét kết
Mã số thí
nghiệm
Cỡ hạt trung bình (m)
B1TN3L2 15,60 28,77 49,27 63,86 74,26 81,67 96,64 99,38 99,89 99,98 B1TN3L1 14,53 26,95 46,64 61,03 71,53 79,20 95,68 99,10 99,81 99,96
Bảng 8 So sánh d tb mẫu thí nghiệm của 2 phương pháp xác định
TT Mã số thí nghiệm
dtb thực tế (đo đạc xử
lý bằng phần mềm Split-Desktop)(m)
dtb theo lý thuyết tương ứng với hằng số thực nghiệm của đá sét kết
(m)
Sai số dtb của lý thuyết so với thực tế
Trang 9Hình 4 So sánh kết quả phân tích thành phần cỡ hạt giữa thực tế và lý thuyết với mẫu
B1TN3L1 (a) và B1TN3L2 (b)
Trang 10118 Đàm Trọng Thắng và Vũ Xuân Bảng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 64 (5), 109 - 119
Nhận xét: So sánh kết quả phân tích thành
phần cỡ hạt giữa bộ số liệu thực tế và phương pháp
lý thuyết (bán thực nghiệm) trên biểu đồ Hình 4
nhận thấy đồ thị thành phần cỡ hạt của 2 phương
pháp này có cùng xu hướng và biến thiên tương đối
gần nhau Độ chênh lệch lớn nhất về tỉ lệ phần trăm
cỡ hạt giữa thực tế và lý thuyết nhỏ hơn 13% đến
15% với cả hai mã số thí nghiệm, còn kích thước cỡ
hạt trung bình nhỏ dưới 7% đến 10% với cả hai mã
số thí nghiệm
Điều này chứng tỏ tính hợp lý của phương
pháp lý thuyết hóa hay bán thực nghiệm
6 Kết luận và kiến nghị
Phương trình tổng quát mô tả qui luật phân bố
cỡ hạt đất đá sau nổ biểu thị xác suất đập vỡ đất đá
phụ thuộc vào mức độ khó đập vỡ đất đá (γ), lượng
tiêu hao năng lượng nổ đơn vị (E), thể tích khối đá
phá ra của bãi mìn (V) và tính chất bền của địa khối,
năng lượng biểu kiến, tiêu hao năng lượng để làm
bay các cục đá, thế năng biến dạng được thể hiện
qua 4 hằng số 𝜙, 𝛽, , Bốn hằng số thực nghiệm
này phụ thuộc vào loại đất đá, điều kiện địa chất
thủy văn và điều kiện nổ
Phương trình mô tả qui luật phân bố cỡ hạt khi
nổ phá đá sét kết có độ bền cấp IV đào sâu dưới
nước có dạng (8) với các hệ số thực nghiệm đặc
trưng cho điều kiện tự nhiên và điều kiện nổ ϕ =
-9,1.10-6, β = 28,55, λ = 1.349, μ = -31.923 Phương
trình này phản ánh qui luật đập vỡ đất đá sét kết
dưới nước ngoài phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên
và điều kiện nổ thông qua bốn hệ số thực nghiệm
cố định và hai chỉ số động là tổng năng lượng của
vụ nổ và tổng thể tích đá phá ra Chỉ số động này
phản ánh sự biến đổi ngẫu nhiên của mỗi lần nổ với
cùng một bộ thông số khoan nổ
Kết quả nghiên cứu cho phép ứng dụng trong
điều khiển nổ phá đá sét kết dưới nước, theo hướng
nâng cao chất lượng đập vỡ đất đá
Trong thời gian tới cần tiếp tục nghiên cứu xác
định các hằng số thực nghiệm của phương trình
phân bố cỡ hạt sau nổ của các loại đất đá khác theo
phương pháp năng lượng xác suất
Lời cảm ơn
Bài báo này được hỗ trợ bởi đề tài KHCN cấp
Quốc gia mã số: 32/18-C-ĐTĐL.CN.CNC
Đóng góp của tác giả
Đàm Trọng Thắng - lên ý tưởng viết bản thảo bài báo, Vũ Xuân Bảng - chỉnh sửa nội dung và xử lý
số liệu bài báo
Tài liệu tham khảo
Baron, V L., Kantor V Kh (1989) Blasting Technology and Equipment in USA Moscow: Nedra, 376 p
Belin, V A., Dam, T T (2007) Experimental study
of the influence of the length of the underwater bottom charge on the transverse dimensions
of the blasted excavation and determination of the minimum length of bottom linear charges
Explosive business Publisher: World of Mining
Books, Moscow
Borodzia, G A (1938) Explosive dredging of sandy rifts Gostranstekhizdat, Moscow, 67 p Dam, T T., Belin, V A (2006) Methodology for calculating the parameters of rational dredging using overhead linear charges during the construction of underwater structures (trench, channel) with water depth h = const
United Scientific Journal - Moscow, No
13/2006
Dam, T T (2008) Basic methods of technics and the organization for increase of efficiency of explosive works under with the contact chare application Proceeding of the international conference on advances in mining and
tunneling, 20-21 august 2008 Publishing house
for science and technology Hanoi, Vietnam
Dam, T T., Nguyen, T T., & Vu, X B (2021) Study
on the reasonable spacing of flat charge in the form of long and parallel cylindrical charges for
breaking rock Journal of Science and
Technique-Section on Special Construction Engineering, 4(02)
Đàm, T T (2001) Xây dựng phương trình xung riêng truyền vào đất đá dọc theo thành lỗ
khoan khi nổ mìn phá đá dưới nước Tạp chí
Công nghiệp Mỏ, số 2
Đàm, T T (2007) Nghiên cứu sự phụ thuộc của các
thông số phễu phá huỷ nổ vào chiều sâu nước khi nổ lượng nổ tập trung ở đáy nước bằng phương pháp thực nghiệm Tuyển tập các công